一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法。具体包括以下操作步骤：（1）原料预处理，（2）将粉煤灰、废玻璃粉、粘土、水和增稠剂加入球磨机中混料，（3）加入发泡剂发泡，（4）注浆，（5）脱模干燥，（6）烧结，（7）防水处理。所得多孔保温材料的孔隙率为86.3～94.5%，体积密度为0.17～0.30g/cm3，导热系数为0.04～0.08W/(m·K)，抗压强度为0.3～1.07MPa，吸水率可降至10%。本发明制备的保温材料具有低的热导率、低比重、热稳定性好、吸水率低等优点，所用主要原料为工业废弃物粉煤灰，为粉煤灰的综合利用提供了一条低成本、高附加值、工艺过程简单的技术路线。
【专利说明】一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于应用于土建工程的保温材料【技术领域】，具体涉及一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备。
【背景技术】
[0002]我国是能源大国，现阶段的发电主要是依靠热电厂，而热电厂煤的燃烧会产生大量的粉煤灰，虽然有部分粉煤灰被应用于水泥混凝土等建筑领域，但是大部分被用做路基和矿坑的填充物，对环境和人类健康造成了很大的威胁。而且我国能源相对缺乏，能源消耗特别是建筑能源消耗巨大，如何有效利用废料来减少能源消耗便成了一种促进经济发展有效方法。我国现阶段用的外墙保温材料主要是有机保温材料，很容易引发火灾，如08年济南奥体中心火灾、09年央视新址大楼火灾等。但是无机保温材料的研发还处于比较落后的地位。目前我国适量应用的保温材料仍然是以传统膨胀珍珠岩保温材料为主，持久性比较差，有很大的应用局限性。目前虽然有一些利用粉煤灰合成无机保温材料的报道，但是粉煤灰的掺加量都比较少，并且烧结温度较高、工艺复杂，因此成本较高，对废弃物的处理利用和节约能源没有大的改善。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于大量利用工业废弃物粉煤灰、废玻璃等开发出性能优异的低成本轻质多孔保温材料，实现能源的可持续发展，并减少相应的环境污染。
[0004]制备低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的具体操作步骤如下:
(1)原料预处理
对粉煤灰、废玻璃粉和粘土分别过100目筛；所述粉煤灰主要成分为三氧化二铝和氧化硅，所述粘土主要成分为三氧化二铝和氧化硅，所述废玻璃粉的主要成分为氧化硅和氧化钙；
(2)混料将80~85份粉煤灰、10~15份废玻璃粉、5~10份粘土、186~233份水和0.1~
0.8份增稠剂加入球磨机中，球磨机的转速为240r/min、球磨15~24h,得到稳定的固相含量为30~40wt%的浆料；
(3)发泡
在100份浆料中加入0.2~0.4份发泡剂，搅拌发泡，搅拌转速不低于800 r/min,搅拌时间不低于3min，得到发泡浆料；
(4)注浆
将发泡浆料倒入磨具中，常温下静止15~24h，得到坯体；
(5)脱模干燥
坯体常温下干燥至恒重， 得到多孔保温材料坯体；
(6)烧结将多孔保温材料坯体高温烧结，烧结制度为:650°C之前烧结速率为2°C /min，并在650°C下保温60min，650°C之后升温速率为5°C /min，直到最终温度800~1000°C，并保温2~3h，冷却至室温，得到多孔保温材料；
(7)防水处理
将烧结得到的实验样品去除表面杂质，在多孔保温材料的表面均匀喷涂硅基防水渗透剂，温度60°C干燥至恒重，所得多孔保温材料的孔隙率为86.3~94.5%，体积密度为
0.17~0.30g/cm3，导热系数为0.04~0.08W/ (m.K)，抗压强度为0.3~1.07MPa,吸水率可降至10%。
[0005]本发明与现有技术相比的有益技术效果体现在以下方面:
1、本发明制备的保温材料以工业废料粉煤灰、废玻璃等为主要原材料，粉煤灰的掺加量较大，既解决了环境问题，又为粉煤灰的综合利用提供了一种高附加值方法；
2、本发明将机械发泡和注浆成型相结合，采用物理机械搅拌的方法进行发泡，操作简单，没有引入有毒或污染环境的化学物质，既节约成本又安全环保；发泡好的浆料直接倒入石膏模具中成型，工艺简单，生产周期短；烧结温度比较低，大大降低了保温材料的生产成本；
3、本发明制备的多孔保温材料形状较容易控制，样品表面平整，孔隙率为86.3~94.5%，体积密度为0.17~0.30g/cm3，导热系数为0.04~0.08W/ (m.Κ)，抗压强度为0.3~
1.07MPa，满足保温材料的要求；
4、本发明对无机保温材料普遍的吸水率较高问题进行了研究，通过喷涂硅基防水渗透剂将保温材料的吸水率降至10%，满足对保温材料的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明制品的完整样品图。
[0007]图2为实施例1断面的扫描电子显微镜(SEM)的照片。
[0008]具体实施方法
下面结合附图，通过实例对本发明作进一步地描述。
[0009]以下实例所用粉煤灰均来自合肥火力发电厂，主要成分为三氧化二铝(Al2O3)和氧化硅(S12)，所用粘土均来自合肥当地，主要成分为三氧化二铝(Al2O3)和氧化硅(S12);废玻璃粉为被废弃的玻璃经过粉碎得到，主要成分为氧化硅(S12)和氧化钙(CaO)。
[0010]实施例1:
所用原料和重量为:粉煤灰80g，废玻璃粉15g，粘土 5 g，增稠剂聚丙烯酸钠0.5 g，发泡剂十二烷基硫酸钠(K12) 0.3 g，水186g。
[0011](I)将粉煤灰、废玻璃和粘土分别过100目筛；(2)按配方将粉煤灰、废玻璃粉、粘土、增稠剂聚丙烯酸钠和水，在行星式球磨机中球磨24h，球磨机的转速为240r/min，配制成固相含量为35wt%的浆料；球磨机中物料与磨球的比例为1:3 ;为保证物料的混合空间，物料的装入量为球磨罐容量的1/3。(3)称取球磨好的浆料100g，加入0.3g十二烷基硫酸钠，在1000r/min的转速下搅拌3min,衆料产生大量泡沫,体积膨胀至原体积的3.3倍左右；(4)将发泡浆料直接倒入石膏磨具中，静置24h ; (5)将坯体脱模，在室温下干燥至恒重；
(6)将干燥后的坯体在高温烧结炉中烧结，烧结制度为:650 1:之前烧结速率为2 0C /min,并在650 °C中保温60min，650 1:之后升温速率为5 °C/min，直到1000 1:，并保温211，得到多孔保温材料；(7)将多孔材料表面杂质去除，表面均匀喷涂硅基防水渗透剂，放置在60V的干燥箱中干燥至恒重。
[0012]所得多孔保温材料的孔隙率为90.7%，体积密度为0.203g/cm3,导热系数为
0.0624ff/(m.K)，抗压强度为0.73MPa，吸水率为14%。所制得样品实物图见图1，轻质多孔保温材料断面的扫描电子显微镜(SEM)的照片见图2。
[0013]实施例2:
所用原料和重量为:粉煤灰85g，废玻璃粉10g，粘土 5 g，增稠剂聚丙烯酸钠0.1 g，发泡剂十二烷基硫酸钠(K12) 0.4 g，水233g。
[0014](I)将粉煤灰、废玻璃和粘土过100目筛；(2)按配方将粉煤灰、废玻璃粉、粘土、增稠剂聚丙烯酸钠和水，在行星式球磨机中球磨24h，球磨机的转速为240r/min，配制成固相含量为30.2wt%的浆料；球磨机中物料与磨球的比例为1:4 ;为保证物料的混合空间，物料的装入量为球磨罐容量的1/4。(3)称取球磨好的浆料100g，加入0.4g十二烷基硫酸钠，在1000r/min的转速下搅拌4min,衆料产生大量泡沫,体积膨胀至原体积的3倍左右；(4)将发泡浆料直接倒入石膏磨具中，静置24h ; (5)将坯体脱模，在室温下干燥至恒重；(6)将干燥后的坯体在高温烧结炉中烧结，烧结制度为:650 1:之前烧结速率为2 °C/min，并在650V中保温60min，650 1:之后升温速率为5 V /min,直到950 V，并保温2h，得到多孔保温材料；(7)将多孔材料表面杂质去除，表面均匀喷涂硅基防水渗透剂，放置在60 °C的干燥箱中干燥至恒重。
[0015]所得多孔保温材料的孔隙率为93.46%，体积密度为0.197g/cm3,导热系数为
0.059W/ (m.K)，抗压强度为0.65MPa，吸水率为17%。
[0016]实施例3:
所用原料和重量为:粉煤灰80g，废玻璃粉10g，粘土 10 g，增稠剂聚丙烯酸钠0.5 g，发泡剂十二烷基硫酸钠(K12) 0.2g，水233g。
[0017](I)将粉煤灰、废玻璃和粘土过100目筛；(2)按配方将粉煤灰、废玻璃粉、粘土、增稠剂聚丙烯酸钠和水，在行星式球磨机中球磨24h，球磨机的转速为240r/min，配制成固相含量为31.2wt%的浆料；球磨机中物料与磨球的比例为1:3 ;为保证物料的混合空间，物料的装入量为球磨罐容量的1/5。(3)称取球磨好的浆料100g，加入0.2g十二烷基苯磺酸钠，在1000 r/min的转速下搅拌4min,衆料产生大量泡沫,体积膨胀至原体积的3倍左右；(4)将发泡浆料直接倒入石膏磨具中，静置24h ；(5)将坯体脱模，在室温下干燥至恒重；(6)将干燥后的坯体在高温烧结炉中烧结，烧结制度为:650 1:之前烧结速率为2 °C/min，并在650 °C中保温60min，650 1:之后升温速率为5 °C/min，直到900 °C，并保温2h，得到多孔保温材料；(7)将多孔材料表面杂质去除，表面均匀喷涂硅基防水渗透剂，放置在60 °〇的干燥箱中干燥至恒重。
[0018]所得多孔保温材料的孔隙率为85.76%，体积密度为0.294g/cm3，导热系数为
0.0673W/ (m.K)，抗压强度为0.93MPa，吸水率为11%。
[0019]实施例4:
所用原料和重量为:粉煤灰85g，废玻璃粉10g，粘土 5 g，增稠剂聚丙烯酸钠0.8 g，发泡剂十二烷基硫酸钠(K12) 0.2g，水186g。
[0020](I)将粉煤灰、废玻璃和粘土过100目筛；(2)按配方将粉煤灰、废玻璃粉、粘土、增稠剂聚丙烯酸钠和水，在行星式球磨机中球磨24h，球磨机的转速为240r/min，配制成固相含量为35.lwt%的浆料；球磨机中物料与磨球的比例为1:5 ;为保证物料的混合空间，物料的装入量为球磨罐容量的1/3。(3)称取球磨好的浆料100g，加入0.2g十二烷基硫酸钠，在1000 r/min的转速下搅拌5min,衆料产生大量泡沫,体积膨胀至原体积的3.2倍左右；
(4)将发泡浆料直接倒入石膏磨具中，静置24h ; (5)将坯体脱模，在室温下干燥至恒重；(6)将干燥后的坯体在高温烧结炉中烧结，烧结制度为:650 1:之前烧结速率为2 °C/min，并在650 °C中保温60min，650 1:之后升温速率为5 °C/min，直到850 °C，并保温2小时，得到多孔保温材料；(7)将多孔材料表面杂质去除，表面均匀喷涂硅基防水渗透剂，放置在60V的干燥箱中干燥至恒重。
[0021 ] 所得多孔保温材料的孔隙率为90.09%，体积密度为0.264g/cm3，导热系数为
0.0657W/ (m.K)， 抗压强度为0.67MPa。吸水率为13%。
【权利要求】
1.一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，其特征在于:具体的制备操作步骤如下: (1)原料预处理 对粉煤灰、废玻璃粉和粘土分别过100目筛；所述粉煤灰主要成分为三氧化二铝和氧化硅，所述粘土主要成分为三氧化二铝和氧化硅，所述废玻璃粉的主要成分为氧化硅和氧化钙； (2)混料 将80~85份粉煤灰、10~15份废玻璃粉、5~10份粘土、186~233份水和0.1~0.8份增稠剂加入球磨机中，球磨机的转速为240r/min、球磨15~24h,得到稳定的固相含量为30~40wt%的浆料； (3)发泡 在100份浆料中加入0.2~0.4份发泡剂，搅拌发泡，搅拌转速不低于800 r/min,搅拌时间不低于3min，得到发泡浆料； (4)注浆 将发泡浆料倒入磨具中，常温下静止15~24h，得到坯体； (5)脱模干燥 坯体常温下干燥至恒重，得到多孔保温材料坯体； (6)烧结 将多孔保温材料坯体高温烧结，烧结制度为:650°C之前烧结速率为2°C /min，并在650°C下保温60min，650°C之后升温速率为5°C /min，直到最终温度800~1000°C，并保温2~3h，冷却至室温，得到多孔保温材料； (7)防水处理 将烧结得到的实验样品去除表面杂质，在多孔保温材料的表面均匀喷涂硅基防水渗透剂，温度60°C干燥至恒重，所得多孔保温材料的孔隙率为86.3~94.5%，体积密度为0.17~0.30g/cm3，导热系数为0.04~0.08W/ (m.K)，抗压强度为0.3~1.07MPa,吸水率可降至10%。
2.根据权利要求1所述的一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，其特征在于:所述废玻璃粉为被废弃的玻璃经过粉碎得到。
3.根据权利要求1所述的一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，其特征在于:步骤(2)所述增稠剂为聚丙烯酸钠或羧甲基纤维素钠。
4.根据权利要求1所述的一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，其特征在于:步骤(3)所述发泡剂为十二烷基硫酸纳或十二烷基苯横酸纳。
5.根据权利要求1所述的一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，其特征在于:步骤(2)的球磨机中，物料与磨球的比例为1:3~1:5 ;为保证物料的混合空间，物料的装入量为球磨罐容量的1/3~1/5。
6.根据权利要求1所述的一种低成本轻质粉煤灰多孔保温材料的制备方法，其特征在于:步骤(4)中所述的模具为石膏模具。
【文档编号】B09B3/00GK104177120SQ201410398632
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】冯俊杰, 陆松, 程旭东, 龚伦伦, 杨晖, 张瑞芳 申请人:合肥科斯孚安全科技有限公司